4. 核心素养 科学探究「2026江西宜春期末，★★」【探究名称】探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关。

【制订计划与进行实验】
(1)将如图甲、乙所示的实验装置接入电路中,通过观察U形管左右两侧液面的高度差来比较电流通过导体产生热量的多少。下列实验也运用了该研究方法的是（填选项）。
A. 探究串、并联电路中电压的规律
B. 探究导体电阻的大小与什么因素有关
C. 用电压表、电流表测量电阻
(2)将图（选填“甲”或“乙”）装置接入电路中,可探究电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系。
(3)图乙装置将$R_3$与$R_2$并联是为了使电阻丝$R_1$和$R_2$中的不相等。若实验装置气密性良好,通电一段时间后,两个U形管左右两侧液面高度差相同,则其原因可能是电阻丝$R_3$（选填“断路”或“短路”）。
(4)利用图丙装置探究“液体吸热能力的大小”时,在a、b两瓶内装入质量、初温都相同的不同液体,且电阻丝$R_a$、$R_b$的阻值（选填“相同”或“不同”）,这是为了控制两电阻丝的通电时间相同,相同。通电一段时间后,观察到b瓶内液体温度高一些,可判断b瓶内液体的吸热能力较（选填“强”或“弱”）。

4.答案 (1)B
(2)甲
(3)电流 断路
(4)相同 产生的热量 弱
解析 (1)实验中电流通过电阻产生热量的多少是通过U形管内两侧液面高度差来体现的,这种方法叫转换法。“探究串、并联电路中电压的规律”实验可以利用电压表直接测量。“探究导体电阻的大小与什么因素有关”实验是通过小灯泡的亮度或电流表示数来判断电阻大小的,利用了转换法。“用电压表、电流表测量电阻”实验是直接测量再计算得出的。故选 B。
(2)要研究电流通过导体产生的热量多少与导体电阻大小的关系,要保证通过的电流和通电时间相同,而两电阻的阻值不同,故选图甲装置接入电路探究。
(3)根据串、并联电路的电流特点知,要使通过容器内两电阻的电流不同,应并联一个电阻进行分流,故乙图中右侧容器外连接的电阻丝$R_3$的作用是使通过电阻丝$R_1$、$R_2$的电流不相等。通电一段时间后,两个 U 形管左右两侧液面高度差相同,即左右两侧容器内的电阻产生的热量相同,则通过电阻丝$R_1$和$R_2$中的电流相等,所以原因可能是电阻丝$R_3$断路。
(4)探究液体吸热能力的大小时,在 a、b 两瓶内装入质量、初温都相同的不同液体,采用控制变量法,应控制两电阻丝在相同时间内产生的热量相同。图丙中 a、b 两瓶内两电阻丝串联,电流相等,所以电阻丝的阻值$R_a=R_b$。电阻丝产生热量相等,则液体吸收的热量相等,观察到 b 瓶内液体温度高一些,根据$c=\frac{Q_{吸}}{m(t-t_0)}$可知,b 瓶内液体的比热容小,吸热能力较弱。

【分析】
本题围绕探究电流产生热量的影响因素和液体吸热能力的实验展开，需结合转换法、控制变量法分析：
(1) 实验通过U形管液面高度差体现热量多少，属于转换法，需判断选项中应用转换法的实验；
(2) 探究热量与电阻的关系，要控制电流、通电时间相同，改变电阻，据此选择装置；
(3) 乙图中R₃与R₂并联，目的是使R₁和R₂电流不同；若液面差相同说明热量相同，结合公式分析故障原因；
(4) 探究液体吸热能力，需控制电阻相同，保证相同时间产生热量相同，通过温度变化判断吸热能力。
【解析】
(1) 实验中通过U形管两侧液面高度差反映电流产生热量的多少，该方法为转换法。A选项探究串、并联电路电压规律，直接测量电压，未用转换法；B选项探究导体电阻的影响因素，通过小灯泡亮度或电流表示数判断电阻大小，利用了转换法；C选项用伏安法测电阻，直接测量计算，未用转换法，故选B。
(2) 探究电流产生热量与电阻的关系，需控制电流和通电时间相同，改变电阻。甲装置中5Ω和10Ω电阻串联，电流、通电时间相同，电阻不同，符合实验要求，故选甲。
(3) 乙装置中R₃与R₂并联，使通过R₁和R₂的电流不同，用于探究热量与电流的关系。若通电后两个U形管液面高度差相同，说明两容器内电阻产生热量相同，由Q=I²Rt可知，电阻、时间相同，热量相同则电流相同，故障原因是R₃断路，此时R₂支路无电流，R₁和R₂电流相同，热量相同。
(4) 探究液体吸热能力时，需控制两电阻丝阻值相同，串联时电流相同，相同时间产生的热量相同，保证液体吸收热量相等。b瓶液体温度更高，根据c=Q/(mΔt)，Δt越大比热容越小，故b瓶液体吸热能力弱。
【答案】
(1) B；(2) 甲；(3) 电流；断路；(4) 相同；产生的热量；弱
【知识点】
焦耳定律、转换法、控制变量法、比热容
【点评】
本题是电学与热学结合的基础实验题，重点考查转换法、控制变量法的应用，需明确实验设计的变量控制逻辑，难度中等。
【难度系数】
0.6